現地連絡先によって渦操作のSQUID研究をスキャンします
Summary
We present a protocol for manipulation of individual vortices in thin superconducting films, using local mechanical contact. The method does not include applying current, magnetic field or additional fabrication steps.
Abstract
Local, deterministic manipulation of individual vortices in type 2 superconductors is challenging. The ability to control the position of individual vortices is necessary in order to study how vortices interact with each other, with the lattice, and with other magnetic objects. Here, we present a protocol for vortex manipulation in thin superconducting films by local contact, without applying current or magnetic field. Vortices are imaged using a scanning superconducting quantum interference device (SQUID), and vertical stress is applied to the sample by pushing the tip of a silicon chip into the sample, using a piezoelectric element. Vortices are moved by tapping the sample or sweeping it with the silicon tip. Our method allows for effective manipulation of individual vortices, without damaging the film or affecting its topography. We demonstrate how vortices were relocated to distances of up to 0.8 mm. The vortices remained stable at their new location up to five days. With this method, we can control vortices and move them to form complex configurations. This technique for vortex manipulation could also be implemented in applications such as vortex based logic devices.
Introduction
渦は、外部磁場の存在下で2型超伝導体で形成されたナノスケールでの磁性体です。欠陥のないサンプルでは、渦が自由に動くことができます。しかし、渦のためにエネルギー的に有利である縮小超伝導領域における材料の結果で異なる欠陥。渦はまた、ピン止め部位として知られ、これらの領域を飾るする傾向があります。この場合には、渦を移動させるために必要な力は、ピン止め力よりも大きくなければなりません。このような渦の濃度、相互作用の強さと範囲と渦の特性は、容易に外部磁界、温度、試料の形状によって決定されることができます。これらの特性を制御する能力は、それらを簡単に調整することができる凝縮物質の挙動のための良好なモデル系だけでなく、電子応用1、2のための適切な候補になります。個々の渦の位置の制御は、このようなLOの設計に不可欠です外科用要素。
磁性ナノ粒子の機械的な制御は、以前に達成されました。 Kalisky ら。最近複合酸化物界面3強磁性パッチのローカル機械的応力の影響を研究するために走査超電導量子干渉素子（SQUID）を使用しました。彼らは、プロセス中に1μNの力を加え、試料にSQUIDの先端を押し、接触して走査することにより、パッチの向きを変更することができました。私たちは、渦を移動させるために私たちのプロトコルに類似した方法を使用しています。
渦操作の既存の研究では、運動は、従って、ローレンツ力4、5、6を作成し 、サンプルに電流を印加することによって達成されました。この方法は有効であるが、それはローカルではなく、単一の渦を制御するために、追加の加工が必要となります。渦はまた、マニピュレータすることができます磁気力顕微鏡（MFM）またはSQUID磁場コイル7,8と、例えば、外部磁場を印加することによりulated。この方法は、効果的かつ局所的であるが、これらのツールによって加えられる力が小さく、唯一の超伝導体の臨界温度に近い高温でピン止め力を克服することができます。私たちのプロトコルは、サンプルの追加製作せずに低温（4 K）に効果的で、地元の操作を可能にします。
私たち走査型SQUID顕微鏡を用いた画像の渦。センサは、角に研磨、及びフレキシブルカンチレバー上に接着されたシリコンチップ上に製造されます。カンチレバーは、表面の静電容量センシングのために使用されます。接点は、チップの先端にあるように、チップは、試料に対して斜めに配置されています。私たちは、試料中にチップを押して、最大2μNの力を加えます。私たちは、ピエゾ素子によりSQUIDに対する試料を移動させます。私たちは移動します渦の隣に、または、それを掃引渦に触れることにより、シリコンチップをタップして渦。
Protocol
Representative Results
Discussion
渦の成功操作は、いくつかの重要なステップに依存します。チップの先端が試料と接触する第一となるように、角度センサを位置合わせすることが重要です。第二に、試料に加わる力は、チップがマウントされているカンチレバーの機械的特性によって決定されることに留意することが重要です。弾性政権では、加えられた力は、フックの法則によれば、たわみ、xに比例します。
F = -kx…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
私たちは、超伝導膜を提供するためのバー・イラン大学からA. Sharoniに感謝します。本研究では、欧州研究評議会助成ERC-2014-STG- 639792によってサポートされていました、マリー・キュリーのキャリアの統合グラントFP7-PEOPLE-2012-CIG-333799、およびイスラエル科学財団助成ISF-1102から1113。
Materials
| stick slip coarse motion system | attocube | ANPx-101 | x,y motion |
| stick slip coarse motion system | attocube | ANPz-101 | z motion |
| stick slip coarse motion system controller | Attocube | ANC 300 | |
| high voltage amplifier | Attocube | ANC 250 | |
| data acquisition card | National Instruments | NI PCIe-6363 | |
| piezo elements | Piezo Systems Inc | T2C | non magnetic |
| low noise voltage preamplifier | Stanford Research Systems | SR 560 | |
| capacitance bridge | General Radio | 1615A | |
| telescope | NAVITAR | 1-504516 | |
| camera | MOTICAM | MP2 | |
| dewar | Cryofab | N/A | |
| insert | ICE oxford | N/A | |
| Mu-metal shield | Amuneal | N/A | |
| vacuum cap | ICE oxford | N/A | |
| sputtering system | AJA international Inc | N/A | |
| lapping film | 3M | 261X | non magnetic |
| Nb target | Kurt J. Lesker | EJTNBXX351A2 | |
| GE Varnish | CMR-Direct | 02-33-001 | for cryogenic heatsinking |
| Silver paste | Structure Probe Inc | 05063-AB |
Referenzen
- Olson Reichhardt, C. J., Hastings, M. B. Do Vortices Entangle?. Phys. Rev. Lett. 92, 157002 (2004).
- Milošević, M. V., Berdiyorov, G. R., Peeters, F. M. Fluxonic cellular automata. Appl. Phys. Lett. 91, 212501 (2007).
- Kalisky, B., et al. Scanning Probe Manipulation of Magnetism at the LaAlO3/SrTiO3 Heterointerface. Nano Lett. 12, 4055-4059 (2012).
- Silva, C. C. D. S., Van de Vondel, J., Morelle, M., Moshchalkov, V. V. Controlled multiple reversals of a ratchet effect. Nature. 440, 651-654 (2006).
- Kalisky, B., et al. Dynamics of single vortices in grain boundaries: I-V characteristics on the femtovolt scale. Appl. Phys. Lett. 94, 202504 (2009).
- Embon, L., et al. Probing dynamics and pinning of single vortices in superconductors at nanometer scales. Sci. Rep. 5, 7598 (2015).
- Auslaender, O. M., et al. Mechanics of individual isolated vortices in a cuprate superconductor. Nature Phys. 5, 35-39 (2008).
- Kalisky, B., et al. Behavior of vortices near twin boundaries in underdoped Ba(Fe1-xCox)2As2. Phys. Rev. B. 83, 064511 (2011).
- Huber, M. E., et al. Gradiometric micro-SQUID susceptometer for scanning measurements of mesoscopic samples. Rev. Sci. Instrum. 79, 053704 (2008).
- Koshnick, N. C., et al. A terraced scanning super conducting quantum interference device susceptometer with submicron pickup loops. Appl. Phys. Lett. 93, 243101 (2008).
- Kremen, A., et al. Mechanical Control of Individual Superconducting Vortices. Nano Lett. 16, 1626-1630 (2016).
